CN113959492A - 一种自适应阈值的光路保护监控系统 - Google Patents

一种自适应阈值的光路保护监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自适应阈值的光路保护监控系统，包括：光模块单元、本地控制单元以及外部控制单元，所述的光模块单元包括激光发生器，以及用于监测激光发生器发射的激光光路的光检测设备和温度检测设备；所述的本地控制单元连接所述的光检测设备和温度检测设备，并采集所述光检测设备和温度检测设备检测到的数据；所述的激光发生器和本地控制单元均连接到外部控制单元。

Description

一种自适应阈值的光路保护监控系统
技术领域
本发明属于激光器光路保护技术领域，具体涉及一种自适应阈值的光路保护监控系统。
背景技术
光纤激光器光路核心部件为泵浦源及光纤，泵浦源损坏、光纤出现漏光或折断、光纤等器件长时间使用导致光功率衰减，若无法及时判断光路的故障时，持续控制出光会烧毁光纤，烧毁泵浦源，轻则造成昂贵部件泵浦源及光纤损毁，重则引发火灾，因而对光纤激光器的保护显得尤为重要，在光纤出现漏光或者折断时，需及时切断出光控制电路，停止出光，最大限度的保护泵浦源及光纤。
现有技术中对光路保护及故障检测功能的调试方法主要是通过判断控制信号达到启动阈值后，操作人员调节光传感器返回的信号，使其输出TTL信号，MCU检测到TTL信号后，判断光路是否正常来实现。此种方式需要操作人员在出光的条件下持续调节光传感器部分电路参数，此传感器往往安置在光模块中，调试繁琐，若测试过程中光路漏光，极易对操作员造成伤害。操作员手动调节的情况下，可能导致调试精度不足。
此类保护功能太过单一，调节完成后，若装完机使用过程中，调节阈值发生变化，无法自动调节补偿，会导致误报警情况的发生，需要从激光器设备中拆下光模块再手动调节，费时费力。通常此种方式只是被动保护，只有光路出现问题后才会触发报警，无法达到提前预防的目的，也是此类方式的缺陷之一。此为现有技术的不足之处。
有鉴于此，本发明提出一种自适应阈值的光路保护监控系统；以解决现有技术中存在的上述技术缺陷，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种自适应阈值的光路保护监控系统，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种自适应阈值的光路保护监控系统，包括：
光模块单元、本地控制单元以及外部控制单元，
所述的光模块单元包括激光发生器，以及用于监测激光发生器发射的激光光路的光检测设备和温度检测设备；
所述的本地控制单元连接所述的光检测设备和温度检测设备，并采集所述光检测设备和温度检测设备检测到的数据；
所述的激光发生器和本地控制单元均连接到外部控制单元；
当该保护监控系统处于调试状态时：
外部控制单元向本地控制单元发送校准开启指令和起始校准功率百分比参数值；
本地控制单元在接收到校准开启指令和起始校准功率百分比参数值后，采集当前起始校准功率百分比参数值状态下光检测设备检测到的数据；并以固定增幅递增校准功率百分比数值，采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据，直至校准功率百分比数值为百分之百；
对各校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据采集完成后，利用消抖中位值平均滤波算法计算出相应校准功率百分比数值所对应的正常反馈值；
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，并将激光发生器的相应功率值发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
作为优选，当该保护监控系统处于检测状态时：
如果光检测设备的采样值与当前功率值下正常反馈值的差值超出预设阈值，则根据该差值计算出数字电位器的调节比例，调节与所述光检测设备连接的数字电位器到指定值，所述的数字电位器还连接到本地控制单元，使光检测设备的采样值回归并接近正常反馈值，达到自适应阈值的目的，以提高报警的准确度；
本地控制单元累加数字电位器的调节比例，并发送至外部控制单元，将累计的调节比例作为光路波动参考值，当光路波动参考值超出预设范围时，外部控制单元发出报警信号，提示光模块单元需要保养，方便光模块单元保养及维修，同时可提前预警，防止光模块单元带故障工作带来的二次伤害，降低光模块单元的维修成本。
作为优选，所述的消抖中位值平均滤波算法包括以下步骤：
S1：确定两次采样允许的最大偏差值，设定为A；
S2：每次检测到新值时判断如下：
S21：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差<=A，则本次值有效ltvlx =ltvlxNow，
S22：本次值按顺序记录到数据采集列表pdLtValue[N]中：pdLtValue[N] =ltvlx，同时N加1；
S23：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差>A，则本次值无效，放弃本次值；
S24：继续步骤S21采集比较，直至列表填满 N=7，跳到步骤S3；
S3：将pdLtValue[N]列表中的最大值和最小值删除；
S4：计算N-2个数据的算术平均值ariVlx；
S5：将该算术平均值按顺序记录到数据采集列表pdAriValue[M]中：pdAriValue[M] = ariVlx，同时M加1；
S6：继续步骤S2的判断，直至列表填满 M = 10，跳到步骤S7；
S7：把pdAriValue[M]列表作为一个队列，队列的长度固定为M；
S8：步骤S6填满列表后，下次采样到的新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据(先进先出原则)；
S9：把队列中的M个数据进行再算术平均运算，获得最终的滤波值pdTerValue。
作为优选，光检测设备在不同功率值下的正常反馈值生成反馈值曲线；便于对比。
作为优选，所述的光检测设备为光传感器。
作为优选，光传感器设置有三个，每个光传感器分别生成各自的反馈值曲线；提高检测精度。
作为优选，所述的固定增幅为百分之一，以百分之一的增幅递增校准功率百分比数值，并采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据。
作为优选，所述的本地控制单元通过IO接口和CAN接口连接到所述的外部控制单元；外部控制单元通过CAN接口将校准开启指令和起始校准功率百分比参数值发送至本地控制单元；
当该保护监控系统处于调试状态时：
每次光检测设备采集完成数据采集后，本地控制单元通过IO接口向外部控制单元发送采集完成信号，外部控制单元在接收到采集完成信号后，递增功率百分比并进入下一轮采集；
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，同时外部控制单元向本地控制单元发送启动监控IO接口信号置位，并将激光发生器的相应功率值通过CAN接口发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
作为优选，所述的温度检测设备根据光路排布在容易出现问题的熔接点附近；本地控制单元实时采集温度检测设备所检测到的温度值，并将检测到的温度值与预设阈值范围进行比较，如果高于预设阈值范围最大值或者低于预设阈值范围最小值，则进行报警，以保护光模块单元。
作为优选，所述的温度检测设备设置有五个；五个温度检测设备的预设阈值范围根据熔接点工作发热情况单独设置；实现灵活监控，提前预警，及时切断光模块单元的供电电源，保护光路。
作为优选，所述的温度检测设备为温度传感器；检测灵敏度高。
作为优选，本地控制单元为微控制器；开发简单，成本低。
本发明的有益效果在于，自动控制完成报警阈值的调试，无需手动调试，降低生产调试难度，提高了生产效率；减少因光路变化引起设置阈值波动进而导致误报警问题的发生，同时监控光模块运行时各部分的温度状态、长时间使用后的衰减状态，输出报警信息，给外部控制系统以提醒。
无需操作人员在调试过程中近距离接触光模块中，减轻了操作风险，降低对操作员的伤害；本发明由于是程序自动调节阈值，比传统意义上的操作手动调节更为精确，提高了调试的准确度，减少误报警发生本发明可根据使用过程中光路因温湿度等环境引起的波动自动调节检测阈值，有效的减少了误报警情况的发生；本发明可根据使用过程中光路因温湿度等环境引起的波动自动调节检测阈值，有效的减少了误报警情况的发生；本发明可向外部控制单元智能提示光模块需要保养，方便了模块保养及维修，同时可提前预警，防止模块带故障工作带来的二次伤害，降低了模块维修成本；本发明在光路易出问题的点新增温度监测功能，当光路出现潜在问题时，直接表现即为某处发热，增加温度监控后，可提前预警，及时切断光路供电电源，保护光路。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是本发明提供的一种自适应阈值的光路保护监控系统的原理框图。
其中，1-光模块单元，2-本地控制单元，3-外部控制单元，11-激光发生器，12-光检测设备，13-温度检测设备，4-数字电位器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示，本实施例提供的一种自适应阈值的光路保护监控系统，包括：
光模块单元1、本地控制单元2以及外部控制单元3，
所述的光模块单元1包括激光发生器11，以及用于监测激光发生器11发射的激光光路的光检测设备12和温度检测设备13；所述的光检测设备为光传感器。
所述的本地控制单元2连接所述的光检测设备12和温度检测设备13，并采集所述光检测设备12和温度检测设备13检测到的数据；
所述的激光发生器11和本地控制单元2均连接到外部控制单元3；
当该保护监控系统处于调试状态时：
外部控制单元向本地控制单元发送校准开启指令和起始校准功率百分比参数值；
本地控制单元在接收到校准开启指令和起始校准功率百分比参数值后，采集当前起始校准功率百分比参数值状态下光检测设备检测到的数据；并以固定增幅递增校准功率百分比数值，采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据，直至校准功率百分比数值为百分之百；所述的固定增幅为百分之一，以百分之一的增幅递增校准功率百分比数值，并采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据。
对各校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据采集完成后，利用消抖中位值平均滤波算法计算出相应校准功率百分比数值所对应的正常反馈值；将光检测设备在不同功率值下的正常反馈值生成反馈值曲线；便于对比。光传感器设置有三个，每个光传感器分别生成各自的反馈值曲线；提高检测精度。
所述的消抖中位值平均滤波算法包括以下步骤：
S1：确定两次采样允许的最大偏差值，设定为A；
S2：每次检测到新值时判断如下：
S21：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差<=A，则本次值有效ltvlx =ltvlxNow，
S22：本次值按顺序记录到数据采集列表pdLtValue[N]中：pdLtValue[N] =ltvlx，同时N加1；
S23：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差>A，则本次值无效，放弃本次值；
S24：继续步骤S21采集比较，直至列表填满 N=7，跳到步骤S3；
S3：将pdLtValue[N]列表中的最大值和最小值删除；
S4：计算N-2个数据的算术平均值ariVlx；
S5：将该算术平均值按顺序记录到数据采集列表pdAriValue[M]中：pdAriValue[M] = ariVlx，同时M加1；
S6：继续步骤S2的判断，直至列表填满 M = 10，跳到步骤S7；
S7：把pdAriValue[M]列表作为一个队列，队列的长度固定为M；
S8：步骤S6填满列表后，下次采样到的新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据(先进先出原则)；
S9：把队列中的M个数据进行再算术平均运算，获得最终的滤波值pdTerValue。
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，并将激光发生器的相应功率值发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
当该保护监控系统处于检测状态时：
如果光检测设备的采样值与当前功率值下正常反馈值的差值超出预设阈值，则根据该差值计算出数字电位器4的调节比例，调节与所述光检测设备连接的数字电位器到指定值，所述的数字电位器还连接到本地控制单元，使光检测设备的采样值回归并接近正常反馈值，达到自适应阈值的目的，以提高报警的准确度；
本地控制单元累加数字电位器的调节比例，并发送至外部控制单元，将累计的调节比例作为光路波动参考值，当光路波动参考值超出预设范围时，外部控制单元发出报警信号，提示光模块单元需要保养，方便光模块单元保养及维修，同时可提前预警，防止光模块单元带故障工作带来的二次伤害，降低光模块单元的维修成本。
所述的本地控制单元通过IO接口和CAN接口连接到所述的外部控制单元；外部控制单元通过CAN接口将校准开启指令和起始校准功率百分比参数值发送至本地控制单元；
当该保护监控系统处于调试状态时：
每次光检测设备采集完成数据采集后，本地控制单元通过IO接口向外部控制单元发送采集完成信号，外部控制单元在接收到采集完成信号后，递增功率百分比并进入下一轮采集；
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，同时外部控制单元向本地控制单元发送启动监控IO接口信号置位，并将激光发生器的相应功率值通过CAN接口发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
所述的温度检测设备根据光路排布在容易出现问题的熔接点附近；本地控制单元实时采集温度检测设备所检测到的温度值，并将检测到的温度值与预设阈值范围进行比较，如果高于预设阈值范围最大值或者低于预设阈值范围最小值，则进行报警，以保护光模块单元。所述的温度检测设备设置有五个；五个温度检测设备的预设阈值范围根据熔接点工作发热情况单独设置；实现灵活监控，提前预警，及时切断光模块单元的供电电源，保护光路。所述的温度检测设备为温度传感器；检测灵敏度高。本地控制单元为微控制器；开发简单，成本低。
本实施例中提到的预设阈值或者预设阈值范围，可根据具体情况进行设置。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，包括：
光模块单元、本地控制单元以及外部控制单元，
所述的光模块单元包括激光发生器，以及用于监测激光发生器发射的激光光路的光检测设备和温度检测设备；
所述的本地控制单元连接所述的光检测设备和温度检测设备，并采集所述光检测设备和温度检测设备检测到的数据；
所述的激光发生器和本地控制单元均连接到外部控制单元；
当该保护监控系统处于调试状态时：
外部控制单元向本地控制单元发送校准开启指令和起始校准功率百分比参数值；
本地控制单元在接收到校准开启指令和起始校准功率百分比参数值后，采集当前起始校准功率百分比参数值状态下光检测设备检测到的数据；并以固定增幅递增校准功率百分比数值，采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据，直至校准功率百分比数值为百分之百；
对各校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据采集完成后，利用消抖中位值平均滤波算法计算出相应校准功率百分比数值所对应的正常反馈值；
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，并将激光发生器的相应功率值发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，当该保护监控系统处于检测状态时：
如果光检测设备的采样值与当前功率值下正常反馈值的差值超出预设阈值，则根据该差值计算出数字电位器的调节比例，调节与所述光检测设备连接的数字电位器到指定值，所述的数字电位器还连接到本地控制单元；
本地控制单元累加数字电位器的调节比例，并发送至外部控制单元，将累计的调节比例作为光路波动参考值，当光路波动参考值超出预设范围时，外部控制单元发出报警信号。
3.根据权利要求2所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的消抖中位值平均滤波算法包括以下步骤：
S1：确定两次采样允许的最大偏差值，设定为A；
S2：每次检测到新值时判断如下：
S21：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差<=A，则本次值有效ltvlx =ltvlxNow，
S22：本次值按顺序记录到数据采集列表pdLtValue[N]中：pdLtValue[N] = ltvlx，同时N加1；
S23：如果本次值ltvlxNow与上次值ltvlxPre之差>A，则本次值无效，放弃本次值；
S24：继续步骤S21采集比较，直至列表填满 N=7，跳到步骤S3；
S3：将pdLtValue[N]列表中的最大值和最小值删除；
S4：计算N-2个数据的算术平均值ariVlx；
S5：将该算术平均值按顺序记录到数据采集列表pdAriValue[M]中：pdAriValue[M] =ariVlx，同时M加1；
S6：继续步骤S2的判断，直至列表填满 M = 10，跳到步骤S7；
S7：把pdAriValue[M]列表作为一个队列，队列的长度固定为M；
S8：步骤S6填满列表后，下次采样到的新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据(先进先出原则)；
S9：把队列中的M个数据进行再算术平均运算，获得最终的滤波值pdTerValue。
4.根据权利要求3所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，光检测设备在不同功率值下的正常反馈值生成反馈值曲线。
5.根据权利要求4所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的光检测设备为光传感器。
6.根据权利要求5所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，光传感器设置有三个，每个光传感器分别生成各自的反馈值曲线。
7.根据权利要求1所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的固定增幅为百分之一，以百分之一的增幅递增校准功率百分比数值，并采集每个校准功率百分比数值下光检测设备检测到的数据。
8.根据权利要求1所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的本地控制单元通过IO接口和CAN接口连接到所述的外部控制单元；外部控制单元通过CAN接口将校准开启指令和起始校准功率百分比参数值发送至本地控制单元；
当该保护监控系统处于调试状态时：
每次光检测设备采集完成数据采集后，本地控制单元通过IO接口向外部控制单元发送采集完成信号，外部控制单元在接收到采集完成信号后，递增功率百分比并进入下一轮采集；
当该保护监控系统处于使用状态时：
外部控制单元控制激光发生器出光，同时外部控制单元向本地控制单元发送启动监控IO接口信号置位，并将激光发生器的相应功率值通过CAN接口发送至本地控制单元，本地控制单元实时采集当前功率值下的光检测设备检测到的数据，将该数据与当前功率值下的正常反馈值进行比较，如果差值在预设报警阈值范围之内，则不报警，否则本地控制单元向外部控制单元发出报警信号。
9.根据权利要求1所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的温度检测设备根据光路排布在容易出现问题的熔接点附近；本地控制单元实时采集温度检测设备所检测到的温度值，并将检测到的温度值与预设阈值范围进行比较，如果高于预设阈值范围最大值或者低于预设阈值范围最小值，则进行报警。
10.根据权利要求9所述的一种自适应阈值的光路保护监控系统，其特征在于，所述的温度检测设备设置有五个；五个温度检测设备的预设阈值范围根据熔接点工作发热情况单独设置。
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